تآكل المعادن

عندما تكون المادة المعدنية على اتصال مع الوسط المحيط بها ، يتم تدمير المادة بسبب العمل الكيميائي أو الكهروكيماوي. تآكل المعادن هو عملية حرارية ديناميكية عفوية ،تحويل المعدن ذو الطاقة العالية إلى مركب معدني ذو الطاقة المنخفضةمن بينها، ظاهرة التآكل في صناعة البترول والبتروكيماويات هي أكثر تعقيدا، بما في ذلك التآكل الكهروكيماوي للمالح،₂S و CO₂.
طبيعة معظم عمليات التآكل الكهروكيميائية. تستخدم الخصائص الكهربائية لمواجهة محلول المعدن والكهروليت (طبقة مزدوجة كهربائية) على نطاق واسع في دراسات آلية التآكل,قياس التآكل، ومراقبة التآكل الصناعي. الطرق الكهروكيميائية المستخدمة عادة في أبحاث التآكل المعدني هي: إمكانات الدائرة المفتوحة (OCP) ، منحنى الاستقطاب (مخطط Tafel) ،الطيف الكهروكيماوي للمعوقة (EIS).

1تقنيات دراسة التآكل

1.1OCP

على الكهرباء المعدنية المعزولة ، يتم إجراء تفاعل أنود واحد وتفاعل كاثود واحد بنفس السرعة في نفس الوقت ، والذي يسمى ربط تفاعل الكهرباء.رد الفعل من الاقتران المتبادل يسمى رد الفعل ‬في النظام المرتبط ، تتفاعل ردود فعل الإلكترودين مع بعضها البعض ، وعندما تكون إمكانيات الإلكترود متساوية ،إمكانيات الإلكترود لا تتغير مع مرور الوقتتسمى هذه الحالة ‬حالة مستقرة ‬، والإمكانات المقابلة تسمى ‬إمكانات مستقرة ‬. في نظام التآكل، يسمى هذا الإمكانات أيضا ‬إمكانات التآكل الذاتية E_كورأو إمكانات الدائرة المفتوحة (OCP) ، والكثافة الحالية المقابلة تسمى كثافة تيار التآكل الذاتي i_كوربشكل عام، كلما زاد إيجابية إمكانات الدائرة المفتوحة، كلما كان من الصعب فقدان الإلكترونات وتآكل، مما يشير إلى أن مقاومة التآكل للمادة أفضل.
يمكن استخدام محطة العمل الكهروكيميائية CS potentiostat / galvanostat لمراقبة إمكانات الإلكترود في الوقت الحقيقي للمادة المعدنية في النظام لفترة طويلة. بعد استقرار الإمكانات,يمكن الحصول على إمكانات الدوائر المفتوحة للمادة.

1منحنى الاستقطاب (مخطط تابيل)

بشكل عام ، تُسمى الظاهرة التي يبتعد فيها إمكانات الأقطاب الكهربائية عن إمكانات التوازن عندما يكون هناك تيار يمر من خلاله قطبية . في النظام الكهروكيماوي ،عندما يحدث الاستقطاب، يتم تسمية التحول السلبي لمجهر الإلكترود من إمكانيات التوازن بـ "استقطاب كاثودي"والتحول الإيجابي لمحتمل الإلكترود من إمكانيات التوازن يسمى الاستقطاب الأنوديكي.
للتعبير عن أداء الاستقطاب لعملية الأقطاب الكهربائية بشكل كامل وبشكل بديهيمن الضروري تحديد إمكانية الإفراط أو إمكانية الأقطاب الكهربائية تجريبياً كدالة على كثافة التيار، والتي تسمى منحنى الاستقطاب.
الـ_كورمن المواد المعدنية يمكن حسابها على أساس معادلة ستيرن-جاري.

B هو معامل ستيرن-جاري للمادة، R_بهي مقاومة الاستقطاب للمعادن.

مبدأ الحصول على i_كورمن خلال طريقة استكشاف Tafel
يمكن لبرنامج استوديو CS Corrtest القيام تلقائيًا بالتناسب مع منحنى الاستقطاب._أو b_جيمكن حسابها.أنا_كوربناءً على قانون فاراداي وبالاقتران مع المكافئ الكهروكيميائي للمادة، يمكننا تحويلها إلى معدل تآكل المعادن (ملم/أ).

1.3 EIS

تكنولوجيا المعوقة الكهروكيميائية، والمعروفة أيضًا باسم معوقة التيار المتردد، measures the change of voltage (or current) of an electrochemical system as a function of time by controlling the current (or voltage) of the electrochemical system as a function of sinusoidal variation over timeيتم قياس عائق النظام الكهروكيماوي، وبالإضافة إلى ذلك، يتم دراسة آلية تفاعل النظام (الوسيط / فيلم الطلاء / المعدن) ،ويتم تحليل المعلمات الكهروكيميائية لنظام القياس.
طيف المعوقة هو منحنى مستمد من بيانات المعوقة التي تم قياسها بواسطة دائرة اختبار في ترددات مختلفة.وتسمى طيف المعوقة لعملية الأقطاب الكهربائية طيف المعوقة الكهروكيميائيةهناك العديد من أنواع طيف EIS ، ولكن الأكثر استخدامًا هي مخطط نيكوست ومخطط بود.

2مثال تجربة

على سبيل المثال مقالة نشرت من قبل مستخدم باستخدام محطة العمل الكهروكيميائية CS350 ، يتم إدخال مقدمة ملموسة لطريقة نظام قياس تآكل المعادن.
قام المستخدم بدراسة مقاومة التآكل للستنت من سبيكة Ti-6Al-4V المعدة بواسطة الطريقة التقليدية للصناعة ((نموذج 1) ،طريقة ذوبان الليزر الانتقائية ((العينة # 2) وطريقة ذوبان شعاع الإلكترون ((العينة # 3)يستخدم الستنت لزرع الإنسان ، لذلك فإن الوسط التآكل هو سائل الجسم المحاكاة (SBF). يجب أيضًا التحكم في درجة حرارة النظام التجريبي عند 37 درجة مئوية.

أداة:CS350 مقياس القدرة/الغلفانوسات
جهاز التجربة:CS936 خلية تآكل مسطحة مغطاة، فرن التجفيف عند درجة حرارة ثابتة
المخدرات التجريبيةالأسيتون، SBF، حرارة الغرفة الصلبة الراتنج الايبوكسي
الوسيط التجريبي:
سائل الجسم المحاكي (SBF): NaCl-8.01(كيلول- 0)4(كالوريد)₂-صفر14(ناهكو)₃-صفر35كيه اتش₂مكتب التوظيف₄-صفر06، الجلوكوز -0.34، الوحدة هي: غرام/لتر
العينة ((WE))
ستنت من سبيكة Ti-6Al-4V 20 × 20 × 2 مم،
مساحة العمل المكشوفة هي 10 × 10 مم
يتم تغطية المنطقة غير المختبرة/إغلاقها بحامض إيبوكسي في درجة حرارة الغرفة.
الكهرباء المرجعية ((RE):كهرباء الكالوميل المشبعة
الكهرباء العاكسة ((CE):CS910 كهرباء التوصيل Pt

2.1 خطوات التجربة وتعيين المعلمات

2.1.1 OCP
قبل الاختبار، الالكترود العامل يحتاج إلى أن يلمع من ضخم إلى رقيق (360 شبكة، 600 شبكة، 800 شبكة، 1000 شبكة، 2000 شبكة في النظام) حتى يكون السطح سلس.اغسله بالماء المقطر ثم قم بإزالة الدهون منه باستخدام الأسيتونضعها في فرن تجفيف بدرجة حرارة ثابتة وتجف في درجة حرارة 37 درجة مئوية للاستخدام.
قم بتجميع العينة على خلية التآكل، أدخل سائل الجسم المحاكاة في خلية التآكل،وإدخال كهرباء الكالوميل المشبعة (SCE) مع جسر الملح في خلية التآكل المسطحةتأكد من أن طرف الشعيرات الدموية لـ Luggin يواجه على اليمين سطح الكهرباء العاملة. يتم التحكم في درجة الحرارة عند 37 درجة مئوية بواسطة الدورة المائية.

قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية مع الجهاز القوي بواسطة كابل الخلية.
تجربة→قطبية مستقرة→OCP

يجب عليك إدخال اسم الملف للبيانات، وتعيين الوقت الإجمالي للاختبار، وبدء الاختبار.ويستغرق فترة طويلة نسبيا للحفاظ على الاستقرارلذا يُقترح وضع وقت لا أقصر من 3000s.

2.1.2 منحنى الاستقطاب

التجربة→ الاستقطاب المستقر→ الديناميكية المحتملة

تعيين الإمكانية الأولية والإمكانية النهائية ومعدل الفحص، حدد وضع الإخراج المحتمل على النحو OCP.
يمكن التحقق من إستخدام لتحديد القمة E # 1 والقمة E # 2. إذا لم يتم التحقق منه ، فإن المسح لن يمر عبر الإمكانات المقابلة.
هناك ما يصل إلى 4 نقاط تحديد إمكانات الاستقطاب المستقلة. يبدأ المسح من الإمكانات الأولية ، إلى قمة E # 1 و قمة E # 2 ، وأخيراً إلى الإمكانات النهائية.انقر فوق مربع الاختيار "تمكين" لتشغيل أو إيقاف تشغيل "المستوى المتوسط 1" و "المستوى المتوسط 2"إذا لم يتم تحديد مربع الاختيار، فإن المسح لن تمر هذه القيمة وتعيين المسح المحتمل إلى القادم.
ومن الجدير بالذكر أن قياس منحنى الاستقطاب لا يمكن إجراؤه إلا بشرط أن يكون OCP مستقرًا بالفعل. عادةً بعد 10 دقائق من وقت الهدوء ،سوف نفتح وظيفة OCP المستقرة بالنقر على ما يلي:

!

سوف يبدأ البرنامج الاختبار تلقائيًا بعد أن يكون التقلب المحتمل أقل من 10mV/min
في هذا التجربة المثال، المستخدم تعيين إمكانات -0.5 ~ 1.5 فولت (مقابل OCP)
يمكنك تعيين الشرط لإيقاف أو عكس المسح. هذا يستخدم أساسا في قياس إمكانات الحفر وقياس منحنى السلبية.

2.2 النتائج
2.2.1 OCP
من خلال اختبار إمكانات الدائرة المفتوحة يمكننا الحصول على إمكانات التآكل الحرةE_كور، والتي يمكننا من خلالها الحكم على مقاومة التآكل للمادة المعدنية.E_كورهو، كلما صعب مواد تآكل.

من الرسم البياني يمكننا أن نستنتج أن مقاومة التآكل من العينة 1 و 2 هي أفضل من # 3.

2.2.2 تحليل مخطط الطاولة ((قياس معدل التآكل)
استقطاب هذه التجربة هو كما يلي:

كما هو موضح، من قيمة معدل التآكل المحسوبة يمكننا الحصول على نفس الاستنتاج الذي حصلنا عليه من خلال قياس OCP. يتم حساب معدل التآكل بواسطة مخطط Tafel.يمكننا أن نرى أن قيم معدل التآكل تتوافق مع الاستنتاج الذي حصلنا عليه عن طريق طريقة OCP.
استنادا إلى مخطط Tafel، يمكننا الحصول على كثافة التآكل الحاليأنا_كوربواسطة أداة تحليل التثبيت المدمجة في برنامج استوديو CS لدينا ثم وفقا لمعلمات أخرى مثل مساحة الكهرباء العاملةيتم حساب معدل التآكل.

الخطوات هي:
استيراد ملف البيانات بالنقر فوق

تكييف البيانات

انقر على معلومات الهاتف ، وإدخال القيمة وفقا لذلك.

إذا كنت قد وضعت بالفعل المعلمات في خلية & إعداد الكترود قبل الاختبار، ثم كنت لا تحتاج إلى تعيين معلومات الخلية. هنا مرة أخرى.
انقر على ‬Tafel‬ إلى تثبيت Tafel. اختر تثبيت Tafel التلقائي أو تثبيت يدوي لبيانات قطاع الأندود / قطاع الكاثود ، ثم كثافة تيار التآكل ، إمكانات التآكل الحرة ،يمكن الحصول على معدل التآكليمكنك سحب النتيجة المناسبة إلى الرسم البياني.

3قياس EIS
تجارب → عائق → EIS مقابل التردد

تحليل EIS

EIS من فولاذ الكربون Q235 في محلول NaCl بنسبة 3.5% كما يلي:

يتكون الرسم البياني أعلاه من قوس السعة (المميز بالإطار الأزرق) ومقاومة واربورغ (المميزة بالإطار الأحمر). بشكل عام ، كلما كان قوس السعة أكبر ،كلما كانت مقاومة التآكل للمادة أفضل.

تثبيت الدوائر المكافئة لنتائج EIS من الصلب الكربوني Q235
الخطوات هي:
ارسم الدائرة المكافئة لقوس السعة - استخدم النموذج في "التكيف السريع" للحصول على R1، C1، R2.
ارسم الدائرة المكافئة لجزء عائق واربورغ - استخدم النموذج في "التكيف السريع" للحصول على القيمة المحددة لـ Ws.
سحب القيم إلى الدائرة المعقدة→ تغيير جميع العناصر إلى أن تكون نوعة
من النتائج، نرى أن الخطأ أقل من 5٪، مما يشير إلى أن الدائرة المكافئة المحددة ذاتيا التي رسمناها تتوافق مع دائرة المعوقة من القياس الفعلي.المخطط Bode التركيب هو عموما وفقا للمخطط الأصلي.